RZECZPOSPOLITA POLSKA (13)B3 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 176704 (21) Numer zgłoszenia: 308623 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 15.05.1995 (61) Patent dodatkowy do patentu: 171419 09.09.1993 (51) IntCl6: E23N 3 / 0 8 G05D 7/00 (54) Sposób i układ regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego (43) Zgłoszenie ogłoszono: 30.10.1995 BUP 22/95 (73) Uprawniony z patentu: Instytut Automatyki Systemów Energetycznych, Wrocław, PL Elektrownia TURÓW, Bogatynia, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.07.1999 WUP 07/99 (72) Twórcy wynalazku: Janusz Pollak, Wrocław, PL Jacek Godowicz, Wrocław, PL Józef Greń, Wrocław, PL Stefan Piontek, Turów, PL Janusz Podgórniak, Turów, PL Ryszard Chudzik, Turów, PL Jan Giebułtowski, Turów, PL PL 176704 B3 ( 5 7 ) 1. Sposób regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego, w którym zadany przepływ powietrza określa się na podstawie energii chemicznej paliwa z uwzględnieniem stanu szczelności kotła, przy czym zadany przepływ powietrza oraz zadaną wartość tlenu w spalinach kształtuje się dynamicznie, uwzględniając kierunek zmiany zadanego przepływu powietrza, według patentu nr 171 419, znam ienny tym, że sygnał wyjściowy z regulatora zawartości tlenu w spalinach różniczkuje się, a następnie ograniczony sygnał różniczki podaje się do układu liczącego (UL), w którym przekształca się go progresywnie i tak ukształtowany sygnał korekcyjny (L K) sumuje się z sygnałem zadanego przepływu powietrza (Lv). 2. Układ regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego zawierający blok przeliczający, którego wyjścia są połączone z blokami dynamicznymi, kształtującymi dynamicznie wartość zadaną tlenu oraz powietrza, według patentu nr 171 419, znamienny tym, że wyjście regulatora zawartości tlenu (Ro) w spalinach jest połączone poprzez blok matematyczny nieliniowy (BMNL) z sumatorem (S), na którego inne wejście jest podawany sygnał zdalnego przepływu powietrza.
Sposób i układ regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego, w którym zadany przepływ powietrza określa się na podstawie energii chemicznej paliwa z uwzględnieniem stanu szczelności kotła, przy czym zadany przepływ powietrza oraz zadaną wartość tlenu w spalinach kształtuje się dynamicznie, uwzględniając kierunek zmiany zadanego przepływu powietrza, według patentu nr 171 419, znamienny tym, że sygnał wyjściowy z regulatora zawartości tlenu w spalinach różniczkuje się, a następnie ograniczony sygnał różniczki podaje się do układu liczącego (UL), w którym przekształca się go progresywnie i tak ukształtowany sygnał korekcyjny (LK) sumuje się z sygnałem zadanego przepływu powietrza (LV). 2. Układ regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego zawierający blok przeliczający, którego wyjścia są połączone z blokami dynamicznymi, kształtującymi dynamicznie wartość zadaną tlenu oraz powietrza, według patentu nr 171 419, znamienny tym, że wyjście regulatora zawartości tlenu (Ro) w spalinach jest połączone poprzez blok matematyczny nieliniowy ( B MNL) z sumatorem (S), na którego inne wejście jest podawany sygnał zdalnego przepływu powietrza. 3. Układ regulacji według zastrz. 2, znam ienny tym, że matematyczny blok nieliniowy ( B MNL) zawiera człon różniczkujący (Cd) połączony poprzez limiter (L) z układem liczącym (UL). 4. Układ regulacji według zastrz. 3, znam ienny tym, że wyjście limitera (L) jest ponadto połączone poprzez człon detekcji (Cd) z wejściem sterującym układu liczącego (U l). * * * Przedmiotem wynalazku jest uzupełnienie sposobu regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego, polegającego na określeniu w torze otwartym zadanego przepływu powietrza do kotła na podstawie obliczanego strumienia energii chemicznej paliwa, z uwzględnieniem danych o stratach powietrza w instalacji i o powietrzu dossanym do kotła, przy zastosowaniu oddziaływania od zawartości tlenu w spalinach oraz uzupełnienie układu regulacji, zawierającego blok przeliczający połączony z blokami dynamicznymi, w których kształtuje się dynamicznie wartości zadane powietrza oraz tlenu, według patentu nr 171 419. Oddziaływanie od uchybu zawartości tlenu w spalinach stosowane w opisanym sposobie ma na celu przede wszystkim skorygowanie wpływu niedokładności wyznaczenia zadanego przepływu powietrza w otwartym torze oddziaływania od wielkości zakłócającej. N iedokładność ta z kolei ma główne swoje źródło w trwałym lub przejściowym odchyleniu stanu szczelności instalacji kotłowej od założonego pierwotnie i niemożliwości szybkiej aktualizacji odpowiednich danych. Ze względu na znaczenie minimalizacji uchybów zawartości tlenu w spalinach dla jakości spalania i poprawy wskaźników ekologicznych (przykładowo przy uchybach dodatnich pojawia się tlenek węgla w spalinach, zaś przy uchybach ujemnych następuje zwiększenie emisji tlenków azotu), usprawiedliwione jest dążenie do zwiększenia precyzji działania toru otwartego, zapewniającego z założenia bezuchybowe nadążanie zawartości tlenu za jej wartością zadaną przy występującym na wejściu tego toru zakłóceniu. Jak przedstawiono w opisie patentowym nr 171 419 układ regulacji dopływu powietrza całkowitego zawiera blok przeliczający, którego pierwsze wyjście, na którym pojawia się sygnał zadanego przepływu powietrza tłoczonego przez wentylator podmuchu, jest połączone z pierwszym blokiem dynamicznym oraz z członem detekcji kierunku zmian zadanego prze-
176 704 3 pływu powietrza. Wyjścia tego członu są połączone z wejściami sterującymi pierwszego i drugiego bloku dynamicznego. Drugie wyjście bloku przeliczającego jest połączone z regulatorem powietrza, który jest ponadto połączony z regulatorem zawartości tlenu w spalinach. Zgodnie ze sposobem regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego, według wynalazku nie dopuszcza się do powstania znacznych uchybów tlenu, a tym samym eliminuje się związane z tym niekorzystne sytuacje, korygując w stanie przejściowym zadany przepływ powietrza w torze otwartym. Korekcja polega na tym, że sygnał wyjściowy z regulatora tlenu różniczkuje się, a następnie ograniczony sygnał różniczki podaje się do układu liczącego, w którym przekształca się go progresywnie i tak ukształtowany sygnał korekcyjny sumuje się z sygnałem zdalnego przepływu powietrza przed jego kształtowaniem dynamicznym. Tak prowadzony sposób regulacji powoduje, że działanie korekcyjne posiada cechy samoczynnej, przejściowej adaptacji zależności występujących w torze otwartym, przez co zwiększa się dokładność wyznaczania zadanego strumienia powietrza w tym torze. Ponadto zwiększoną dokładność utrzymania parametru regulowanego w zadanych granicach jest osiągana przy jednoczesnym utrzymaniu stabilności przebiegów regulacji w rezultacie działania różniczkującego, pomimo przejściowego wzrostu całkowitego wzmocnienia toru oddziaływania od odchyłki tlenu w spalinach. Układ regulacji dopływu powietrza całkowitego do kotła energetycznego według wynalazku zawierający blok przeliczający, którego wyjścia są połączone z blokami dynamicznymi kształtującymi dynamicznie zadane wartości tlenu oraz powietrza, charakteryzuje się tym, że ma tor korekcyjny sygnału zdalnego strumienia powietrza całkowitego, który w swojej strukturze zawiera blok matematyczny nieliniowy. Jego wejście jest połączone z wyjściem regulatora zawartości tlenu w spalinach, a wyjście bloku jest połączone z sumatorem, na którego inne wejście jest podawany sygnał zdalnego przepływu powietrza. Blok matematyczny nieliniowy zawiera człon różniczkujący o nastawialnych stałych czasowych, który poprzez limiter jest połączony z układem liczącym, zapewniającym progresywny wzrost oddziaływania korekcyjnego w miarę wzrostu uchybu tlenu, aż do granic wyznaczonych nastawami limitera i nastawą wewnętrzną układu liczącego. Wyjście limitera jest połączone ponadto z członem detekcji sygnału wyjściowego z limitera, którego wyjście jest połączone z wejściem sterującym układu liczącego, odpowiedzialnym za charakterystykę sygnału wyjściowego z tego układu. Ze względu na zastosowaną progresję działania korekcji i jej ograniczenie, redukcja odchyłek odbywa się bez nadmiernego intensyfikowania przemieszczeń organów regulacyjnych. Ponadto układ regulacji ogranicza przenoszenie na elementy wykonawcze szkodliwego wpływu oscylacji sygnału pomiarowego. Wynalazek jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat blokowy układu regulacji powietrza całkowitego. Wyjście bloku przeliczającego BP, na którym pojawia się sygnał zadanej zawartości tlenu Ov w spalinach jest połączone poprzez drugi blok dynamiczny D2 wejściem regulatora Ro zawartości tlenu w spalinach, na którego inne wejście jest podawany sygnał rzeczywistej zawartości tlenu O r w spalinach, zaś wyjście bloku przeliczającego BP, na którym pojawia się sygnał zadanego strumienia przepływu powietrza Lv jest połączone z pierwszym blokiem dynamicznym D 1 oraz z członem detekcji, którego wejścia są połączone z wejściami sterującymi bloków dynamicznych D1, D2. Wyjście pierwszego bloku dynamicznego D1jest połączone z regulatorem powietrza Rp oraz poprzez blok matematyczny nieliniowy (BMNL) z sumatorem S, na którego inne drugie wejście jest podawany sygnał zadanego przepływu powietrza Lv. Wyjście regulatora Ro zawartości tlenu w spalinach jest połączone z wejściem regulatora powietrza R p, na którego inne wejście jest podawany sygnał rzeczywistego przepływu powietrza Lr tłoczonego przez wentylator podmuchu. Blok matematyczny nieliniowy (BMNL) zawiera człon różniczkujący rzeczywisty CD, który poprzez limiter L jest połączony z układem liczącym UL- Ponadto limiter L jest połączony poprzez człon detekcji Cd znaku sygnału wyjściowego x z limitera L, z wejściem z układu liczącego UL-
4 176 704 Sygnały zadanego przepływu powietrza Lv oraz zadanej zawartości tlenu Ov w spalinach, obliczone na podstawie strumienia energii chemicznej paliwa oraz stanu szczelności kotła, kształtuje się dynamicznie w blokach dynamicznych D1, D2, uwzględniając kierunek zmiany zadanego strumienia powietrza, po czym podaje się do regulatora zawartości tlenu Ro w spalinach i do regulatora powietrza Rp. Dodatkowo koryguje się w stanie przejściowym zadany przepływ powietrza w torze otwartym, sumując z sygnałem zadanego strumienia powietrza Lv sygnał korekcyjny Lk, którym jest przekształcony sygnał wyjściowy z regulatora zawartości tlenu Ro w spalinach. Przekształcenia dokonuje się w bloku matematycznym nieliniowym (BMNL), w którym sygnał wejściowy do niego różniczkuje się w członie różniczkującym rzeczywistym Cd, ogranicza w limiterze L oraz przekształca się w układzie liczącym UL. Sygnał korekcyjny Lk, pojawiający się na wyjściu układu liczącego UL, zmienia się progresywnie w miarę wzrostu prędkości zmiany sygnału wyjściowego regulatora, zależnego od uchybu zawartości tlenu w spalinach. Przykładowo kształtowanie sygnału w układzie liczącym Ul odbywa się według poniższej zależności: - dla dodatnich, mniejszych od jedności, wartości sygnału x wyjściowego z limitera L k - parametr dodatni dobierany, - lub symetrycznie dla ujemnych, o wartościach bezwzględnych mniejszych od połowy, wartości sygnału x wyjściowego z limitera L Stosowanie wynalazku można ograniczyć do jednego kierunku zmian odchyłek zawartości tlenu w spalinach. Szczególnie celowym okazuje się stosowanie go do ograniczania odchyłek dodatnich, zwłaszcza przy braku korekcji od pomiaru tlenku węgla w spalinach, co zabezpiecza przed pogorszeniem procesu spalania i ogranicza ryzyko zgaśnięcia płomienia. Takie prowadzenie korekcji jest korzystne również przy likwidowaniu dużych zakłóceń przepływu powietrza powstających przykładowo po awaryjnym włączeniu jednego z wentylatorów podmuchu.
176 704
176 704 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.